Evrenin Toplam Entropisini Ölçebilir miyiz? Büyük Patlama'dan Büyük Donma'ya Kadar Evren'in Entropisi Ne Kadar Değişecek?
Türev Nedir?
Bu türev bir içeriktir. Yani bu yazının omurgası, Forbes isimli kaynaktan çevrilerek dilimize uyarlanmıştır; ancak "çeviri" içeriklerimizden farklı olarak, bu içerikte orijinal metin birebir korunmamıştır. Anlatım ve konu akışı gibi detaylar Evrim Ağacı yazar(lar)ı ve/veya editörler tarafından güncellenmiş, değiştirilmiş ve/veya geliştirilmiştir. Yazar, kaynaktan alınan metin omurgası üzerine kendi örneklerini, bilgilerini, detaylarını eklemiş; içeriği ve anlatımı zenginleştirmiş ve/veya çeşitlendirmiş olabilir. Bu ek kısımlarla ilgili kaynaklar da, yazının sonunda gösterilmiştir. Metnin omurgasını oluşturan kaynağı, orijinal dilinde okumak için lütfen yukarıdaki bağlantıya tıklayınız. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.
Termodinamiğin ikinci yasası, daha temel kurallardan basitçe ortaya çıkan o şaşırtıcı doğa yasalarından biridir. Bu yasa, Evren'deki "düzensizliğin bir ölçüsü" olan entropinin, herhangi bir kapalı sistemde daima artması gerektiğini söyler. Ancak birçokları için yıldız sistemleri, galaksiler ve karmaşık kozmik yapıyı barındıran bugünkü Evren'imizin oldukça organize ve düzenlidir. Eğer Evren'de bunca düzen varsa, nasıl oluyor da Evren'imiz, Büyük Patlama anında olduğundan daha yüksek entropi durumunda (yani daha yüksek düzensizlikte) olabiliyor?
Eh, öyle olsa iyi olur; çünkü zamanın termodinamik oku, "zaman" dediğimiz şeyin entropinin arttığı yönde aktığını söyler. Eğer entropi artmıyorsa, zaman da ileri doğru akmıyor demektir. Ama zamanın ileri aktığını düşünüyorsak, bugün var olan entropi de geçmişte olduğundan daha büyük olmalıdır.
Ama yine de Evren'in en erken safhalarını düşünecek olursanız, kesinlikle yüksek entropili (yüksek düzensizlikte) bir duruma benzediğini görürsünüz! Bir hayal edin: Her biri, bugün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda bugün elde edebileceğimiz enerjiden milyarlarca kat daha yüksek enerjilerde dolaşan; madde, antimadde, gluonlar, nötrinolar ve fotonlardan oluşan bir parçacık denizi... Bu parçacıkların sayısı inanılmaz fazlaydı, bazı tahminlere göre toplamda 1090 adet olabileceği düşünülüyor; ancak hepsi, bir futbol topu kadar küçük bir hacme sıkışmış hâldeydi.[1] Son derece sıcak olan Büyük Patlama anında, bu muazzam enerjik parçacıklara sahip bu küçücük bölge, sonraki 13,8 milyar yıl içinde Gözlenebilir Evren'imizin tamamına dönüştü.
Büyük Patlama'dan Büyük Donma'ya Evren'in Entropisinin Değişimi
Oldukça açık bir şekilde, bugün Evren çok daha soğuk, çok daha büyük ve çok daha "dolu" bir yapıya sahiptir ve tekdüzedir. Eğer bir karşılaştırma yapmak istiyorsak, Evren'in entropisini her iki zamanda da (yani hem Büyük Patlama hem de günümüzde) sayısal olarak ölçmemiz gerekir - ki bunu, Boltzmann sabiti (kBk_B) cinsinden yapabiliriz:
- Büyük Patlama anında Evren'in toplam entropisi S=1088kBS = 10^{88} k_B düzeyindeydi ve bu entropinin neredeyse tamamı radyasyondan kaynaklanıyordu.
- Günümüzde Evren'in entropisi S=10103kBS = 10^{103} k_B civarındadır. Yani başlangıçtakinin yaklaşık 1 katrilyon katına çıkmış haldedir.
- Evren'in sonuna geldiğimizde ve ısıl ölümü gerçekleştiğinde, entropisi S=10123kBS = 10^{123} k_B civarında olacaktır.
Bu sayıların hepsi çok büyük gözükse de mesela ilk sayı (Evren'in başlangıçtaki entropisi), ikinci sayıya (Evren'in bugünkü entropisine) kıyasla kesinlikle çok daha küçüktür: Hatta bir sayı vermek gerekirse ilk sayı, ikincisinin yalnızca %0.000000000000001 kadarıdır!
Entropiyi Düzgün Anlayın!
Yine de bu sayılardan bahsederken akılda tutulması gereken önemli bir şey var: Entropi yaygın olarak "düzensizlik ölçüsü" şeklinde tanımlansa da bu, entropinin gerçekte ne olduğunun çok zayıf ve yanıltıcı bir tanımıdır.
Daha iyisini yapabiliriz: Bunun yerine, herhangi bir sisteme sahip olduğunuzu hayal edin: madde, radyasyon, her neyse... Bu sistemin doğal olarak kinetik, potansiyel, alan enerjisi veya başka bir enerjisi olacaktır. Entropinin gerçekte ölçtüğü şey, sisteminizin durumunun olası düzenlemelerinin sayısıdır.
Örneğin, bir kısmı soğuk bir kısmı sıcak olan bir sistemi, her tarafı aynı sıcaklıkta olan bir sisteme göre çok daha az sayıda farklı şekilde düzenleyebilirsiniz. Yukarıdaki görselde soldaki sistem, sağdakinden daha düşük entropili bir sistemdir; çünkü o kombinasyonu sağlayabileceğimiz daha az sayıda molekül düzeni vardır. Sağ taraftaki düzeni ise çok daha farklı kombinasyonlarla elde edebiliriz.
Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.Kreosus
Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.
Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.Patreon
Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.
Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.YouTube
YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.
Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.Diğer Platformlar
Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.Giriş yapmayı unutmayın!
Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.
Galaksi, Yıldız ve Gezegenlerin Düzenliliğini Abartmayın!
Kozmik mikrodalga arka planındaki fotonlar, Evren'in ilk doğduğu zamankiyle hemen hemen aynı entropiye sahiptir. Bu yüzden Evren'in adiyabatik olarak genişlediği söylenir - ki bu da sabit entropi anlamına gelir. Galaksilere, yıldızlara, gezegenlere vb. bakıp ne kadar düzenli veya düzensiz göründüklerine hayret etsek de bunların entropisi ihmal edilebilir düzeydedir. Peki o zaman bu muazzam entropi artışına ne sebep oldu?
Cevap, kara deliklerdir. Bir kara deliği oluşturan parçacıkların sayısını düşünürseniz bu, muazzam bir sayıdır. Bir kara deliğe düştüğünüzde, kaçınılmaz olarak bir tekilliğe ulaşırsınız. Kara delikteki durumların sayısı, karadelikteki parçacıkların kütleleriyle doğru orantılıdır; bu nedenle ne kadar çok kara delik oluşturursanız (veya kara delikleriniz ne kadar büyük olursa), Evren'de o kadar fazla entropi elde edersiniz.
Samanyolu Galaksisi'nin süper kütleli kara deliği, tek başına, S=1091kBS = 10^{91} k_B olan bir entropiye sahiptir ve bu sayı, Büyük Patlama anındaki Evren'in toplam entropisinden tek başına yaklaşık 1000 kat daha fazladır. Genel olarak galaksilerin sayısı ve kara deliklerin kütleleri göz önüne alındığında, bugün toplam entropi az önce bahsettiğimiz S=10103kBS = 10^{103} k_B değerine ulaşmıştır.
Ve bu, daha da kötüye gidecek! Uzak gelecekte, daha fazla kara delik oluşacak ve bugün var olan büyük kara delikler, önümüzdeki 1020 yıl boyunca büyümeye devam edecek. Tüm Evren'i bir kara deliğe çevirecek olsaydınız, yaklaşık olarak S=10123kBS = 10^{123} k_B'lik bir maksimum entropiye veya bugünkü entropiden 100 kentilyon daha büyük bir faktöre ulaşırdık (yukarıdaki sayı da buradan geliyor). Bu kara delikler daha da büyük zaman ölçeklerinde (yaklaşık 10100 yıla kadar) bozunduğunda, çürüyen kara delikler tarafından üretilen kara cisim (Hawking) radyasyonu, önceden var olan kara deliğin kendisi ile aynı sayıda olası durum düzenlemesine sahip olacağından, bu entropi neredeyse sabit kalacaktır.
Evren'in Entropisi Başta Neden Düşüktü?
Öyleyse erken evren neden bu kadar düşük entropiye sahipti? Çünkü kara delik yoktu.
S=1088kBS = 10^{88} k_B düzeyindeki bir entropi hâlâ muazzam derecede büyük bir değerdir; ancak unutmayın: Bu, Evren'in tamamının entropisidir. Bu entropinin neredeyse tamamı, Büyük Patlama'dan arta kalan radyasyonda (ve nispeten daha az ölçüde nötrinolarda) bulunmaktadır.
Yıldızlar, galaksiler vb. gibi evrene baktığımızda gördüğümüz "şeyler"in entropisi, Büyük Patlama'dan arta kalan arka plan (bazal) entropiye kıyasla ihmal edilebilir olduğundan, düzenli yapılar oluşurken entropinin önemli ölçüde değiştiğini düşünerek kendimizi kandırmak kolaydır. Ama eğer "kara delik" diye bir şey olmasaydı, Evren'in entropisi son 13,8 milyar yıl boyunca neredeyse sabit kalacaktı!
Yani Evren'in erken dönemlerinde önemli miktarda entropi vardı, evet. Ama kara deliklerin tek başlarına entropisinin bundan çok daha yüksek olduğu ve kozmik bir perspektiften bakıldığında kara delik üretmenin çok daha kolay olduğu unutulmamalı.
Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.
İlginizi Çekebilecek Sorular
- Her canlının penisi var mı? Penisi olmayan hayvan var mı?
- Eğer eşcinselliğin oluşmasında genetiğin etkisi varsa, neden tek yumurta ikizlerinden biri eşcinsel olup diğeri olmayabiliyor?
- Kuşlar neden yumurtlar?
- 11
- 7
- 6
- 5
- 4
- 3
- 2
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 05/12/2021 14:53:54 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/11108
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.